钢结构T型截面柱受压失稳报告

1、实验名称：t柱3实验组号：未知实验日期：2012 年4 月25日一. 实验目的：1. 通过试验掌握钢构件的试验方法，包括试件设计、加载装置设计、测点布置、试验结果整理等方法；2. 通过试验观察t型截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式；3. 将理论极限承载力和实测承载力进行对比，加深对轴心受压构件稳定系数计算公式的理解。二. 实验原理：1. 轴心受压构件的可能破坏形式 轴心受压构件的截面如无削弱，一般不会发生强度破坏，整体失稳或局部失稳总是发生在强度破坏之前。而其中整体失稳破坏是轴心受压构件的主要破坏形式。 轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则干扰力除去

2、后，仍能回复到原先的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使基偏离平衡位置，则在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。随遇平衡状态也称为临界状态，这时的轴心压力称为临界压力。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平衡而失稳破坏。 轴心受压构件整体失稳的破坏形式与截面形式有密切关系，与构件的长细比也有关系，单轴对称截面如t形截面在失稳时可能分别出现弯扭失稳或弯曲失稳。2. 基本微分方程钢结构受压杆件一般都是开口薄壁杆件。根据开口薄壁理论，具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为eix(viv-v0iv)+nv”-n

3、x0=0eiy(uiv-u0iv)+nu”-ny0=0ei(iv-0iv)+git(-0”)- nx0v”+ny0u”+r02n”-”=0其实质为力的平衡方程。单轴堆成截面的剪力中心在对称轴上。设对称轴为x轴，则有=0，带入基本微分方程后可得由经过变形后的微分方程可以看出，在弹性阶段，单轴对称截面轴心受压构件的三个微分方程中有两个是相互联立的，即在y方向弯曲产生变形v时，必定伴随扭转变形，反之依然。这种形式的失稳成为弯扭失稳。而其中第二个式子仍可独立求解，此单轴对称截面轴心压杆在对称平面内失稳时，仍为弯曲失稳。两种情况何者临界力低，则发生那种失稳。 3. 弯扭失稳欧拉荷载绕x轴弯曲失稳 nex

4、=2eix/l0x2绕y轴弯曲失稳 ney=2eiy/l0y2绕z轴扭转失稳 ne=2ei/l02绕y轴弯曲同时绕z轴扭转失稳4. 计算长度和长细比绕x轴弯曲失稳计算长度 绕y轴弯曲失稳计算长度 绕z轴扭转失稳计算长度 端部不能扭转也不能翘曲 绕x轴弯曲失稳长细比绕y轴弯曲失稳长细比绕z轴扭转失稳长细比弯扭失稳等效长细比上述长细比均可化为相对长细比5. 绘制柱子曲线e三. 实验设计1. 试件设计试件截面 t形截面hbtwtf63615.04.0mm试件长度 l872mm；钢材牌号 q235b；试件加工图 2. 支座设计采用双刀口设计，实现双向可转动，同时保证端部不翘曲，不扭转。 3. 测点布置

5、由于构件跨中为位移与应变最大处，故在跨中截面布置了应变片和位移计。1) 测点布置应满足测试荷载、应变、变形、转角的需要，并满足：测点数量合理；测点的布置方便控制试验过程；数据之间可以相互印证2) 测点布置图测点的布置以及与通道号的对应位置如下图所示：应变片实际测点编号位移计s143_2d140_3s243_4d240_4s343_3d340_5s443_1荷载40_1 4. 加载装置设计1) 单调加载加载方式千斤顶单调加载本试验中的时间均采用竖向放置。采用油压千斤顶和反力架施加竖向荷载。加载初期：分级加载，每级荷载约10%pu，时间间隔约2分钟接近破坏：连续加载，合理控制加载速率，连续采集数据

6、卸载阶段：缓慢卸载2) 加载装置图3) 加载设计原理千斤顶在双刀口支座上产生的具有一定面积的集中荷载通过刀口施加到试件上，成为近似的线荷载，在弱轴平面内是为集中于轴线上的集中力。4) 加载装置模拟的荷载条件两端铰接的柱承受竖直轴心压力荷载。5. 实验准备1) 试件截面实测(1) 截面实测表实测截面截面1截面2截面3平均值截面高度hmm62.90 63.20 62.35 62.82 截面宽度bmm60.69 60.59 60.47 60.58 腹板厚度twmm4.00 4.04 4.03 4.02 翼缘厚度tfmm3.98 3.96 3.97 3.97 试件长度lmm800.00 800.00

7、800.00 800.00 刀口厚度mm36.00 计算长度lxmm872.00 计算长度lymm872.00 计算长度lwmm242.00 (2) 截面实测图2) 材料拉伸实验数据已给出，如下表所示：材性试验单位数值屈服强度fympa267.00 弹性模量empa206000.00 材料的力学模型以及试件实际尺寸大小如图所示：3) 试件对中竖向放置轴心受压几何对中应变对中，并试加载，根据应变片的应变读数判断是否对中并调整。应反复加载直至读数符合实验要求的误差。4) 测点检查逐个检查测点是否工作正常1. 采用实测截面和实测材料特性进行承载力计算（设对称轴为x轴）面积amm2477.28 对yc

8、-yc轴的惯性矩iycmm473883.95 对x1-x1轴的惯性矩ix1mm41163636.90 对xc-xc轴的惯性矩icxmm4186338.26 回转半径ixixmm19.76 回转半径iyiymm12.44 长细比x44.13 长细比y70.09 长细比w58.78 等效长细比xw58.78 等效长细比yw81.14 最大长细比max81.14 因为,且都是b类曲线，查表可得： 则按照规范计算得极限承载能力为而欧拉公式所以计算得欧拉极限荷载为 2. 实验结果初步分析1. 实验现象(1) 加载初期：无明显现象，随着加载的上升，柱子的位移及应变呈线性变化，处于弹性阶段。(2) 接近破坏

9、：应变不能保持线性发展，构件逐渐产生肉眼可观察到的弯曲。(3) 破坏现象：柱子明显弯曲并发生扭转，支座处刀口明显偏向一侧，千斤顶作用力无法继续增加，试件绕弱轴方向弯扭失稳，力不再增大位移也急剧增加，说明构件已经达到了极限承载力，无法继续加载。 卸载后，有残余应变，说明构件已经发生了塑性变形。(4) 破坏模式：非对称平面内弯扭失稳破坏(5) 破坏前后照片的对比： 实验前 破坏后3. 绘制荷载-应变曲线4. 荷载-曲率曲线5. 绘制荷载-位移曲线6. 实测极限承载力比较实测极限承载大小为85.5kn1) 和欧拉公式比较：实测值小于欧拉荷载197. 33kn2) 和规范公式比较：实测值大于规范得出的

10、极限荷载69.78 kn3）分析试验结果和理论值之间的差异，分析产生这种差异的原因在我国钢结构设计规范采用方法中有：以初弯曲为l/1000,选用不同的界面形式，不同的残余应力模式计算出近200 条柱子曲线。并使用数理方程的统计方式，将这些曲线分成4组，公式采用了偏于安全的系数。而欧拉公式是在理想状态下的压杆稳定，其假定条件是：杆件是等截面直杆，压力的作用线与截面的形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的，没有考虑构件的初始缺陷如材料不均、初始偏心及初弯曲等的影响。鉴于实际中，材料存在着本身的缺陷，如钢材的非均质性和初始的挠度等，同时试件的加载也不可能完全处于轴线上，故实际承载力低于欧拉公式算得力。五试验体会 1.通过实验的全程观察和实